用于制造印刷电路板的方法与流程

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用于制造印刷电路板的方法与流程

援引纳入

于2015年2月20日提交的被标识为62/118,740号的美国临时专利申请的全部内容通过引用结合于此。



背景技术:

印刷电路板(pcb)在本领域中是公知的,并且用于形成各种各样类型的电气装置。印刷电路板通常由通过金属化孔互连的多个铜导体层组成。金属化孔能够以诸如微孔、埋孔、盲孔和通孔的不同形式。在通常情况中,孔具有单一功能:孔中的镀层将暴露在孔中的所有铜层彼此连接,或者孔用于部件插入。

通路也具有诸如提供层间互连和通孔部件安装的双重用途。然而,表面安装部件技术的发展降低了对使用用于通孔部件安装的孔的需要,并且使得通路主要提供层间互连,即导通孔。

然而,已经有提供具有越来越高的电路密度和越来越高的电路速度的pcb的趋势。这些设计中的许多都使得一些密集的高输入/输出部件组合到一起。因此,许多pcb将具有围绕高输入/输出部件的非常密集的区域,而pcb的其余部分通常具有较低的密度。这些非常密集的区域导致pcb中的层数增加,从而增加了pcb的成本。

为了帮助满足增加电路密度的需求,已经提出在单个通路中提供多于一个独立信号路径或连接。然而,存在对通路的限制。通路的表面面积对于新一代的部件而言太大,并且对孔尺寸加以向下限制在通路的钻孔、清洁和镀覆方面导致产率问题。因此,存在对带有具有电绝缘段的减小的表面面积的结构的需要。本发明针对这种制造pcb的改进方法。

附图说明

并入并构成本说明书的一部分的附图示出了本文所述的一个或多个实施方式,并与说明书一起解释了这些实施方式。附图并非旨在按比例绘制,并且为了清楚和简明起见,附图的某些特征和某些视图可以被放大、按比例或示意地示出。在每个附图中,并非每个部件都被标注。附图中相同的附图标记可以表示并指代相同或相似的元件或功能。在附图中:

图1是根据本发明构造的印刷电路板的一部分的俯视平面图。

图2a、图2b、图2c、图2d、图2e、图2f、图2g、图2h和图2i示出了在形成图1所示的印刷电路板的一种方法中所利用的顺序步骤。

图3是根据本发明构造的印刷电路板的一部分的俯视平面图。

图4a、图4b、图4c、图4d、图4e、图4f、图4g、图4h和图4i示出了用于形成图3所示的印刷电路板的示例性的顺序步骤。

图5a、图5b、图5c、图5d、图5e、图5f、图5g和图5h示出了在形成图3所示的印刷电路板的又一种方法中所利用的顺序步骤。

图6至图16是根据本发明构造的具有竖直导电结构的示例性基板的各种局部透视图。

图17是根据本发明构造的具有竖直导电结构的基板的另一示例,其中,竖直导电结构具有延伸至基板内不同层和深度的导电段。延伸至某一层的导电段是盲结构(blindstructure)。竖直导电结构还具有延伸穿过基板的导电段,这种导电段是贯通结构。当形成图17的竖直导电结构时,形成具有延伸至某些层的部分以及延伸贯穿基板的其它部分的狭槽,在镀层和其它材料被施加至该狭槽内的基板时,该狭槽增强了流体通过狭槽的流动。

图18是根据本发明构造的具有竖直导电结构的基板的又一示例,其中,竖直导电结构具有以非线性构造沿着侧壁延伸的一个或多个迹线。

图19是根据本发明构造的具有竖直导电结构的基板的又一示例,其中,竖直导电结构具有以非平行构造沿着侧壁延伸的多个迹线,并且迹线中的至少一个相对于上表面以小于或大于90度的角度延伸。

图20是具有狭槽的基板的剖面图,铣刀(routerbit)布置在该狭槽中并且被引导,以形成如图18或图19所示的迹线。该示例中的铣刀可以具有球形前端,但是其也可以具有从铣刀的轴杆向外延伸的任何其它形状的前端,以使得当该前端接合侧壁时,铣刀的轴杆不触碰vcs的侧壁。vcs的侧壁不需要垂直于基板的上表面,或者vcs的侧壁不需要彼此平行,而是能够以锥形狭槽的形式互成角度。

图21是图20的基板的俯视平面图,其示出了位于基板的狭槽内的铣刀。

图22是根据本发明构造的具有竖直导电结构的基板的另一示例的剖面图,其中,竖直导电结构被构造成具有底部的盲构型(blindconfiguration),该盲构型由电介质材料构造,以便将竖直导电结构的第一导电段和第二导电段电绝缘。

图23是图22所示的基板和竖直导电结构的剖面图,竖直导电结构内具有填充材料,并且一个或多个层遮盖竖直导电结构,以使得图23的竖直导电结构成埋入构型。

图24是根据本发明构造的具有竖直导电结构的基板的又一示例的俯视平面图,其中,竖直导电结构被构造成具有底部的盲构型,并且设置有非线性形状。

图25a至图25e是具有竖直导电结构的印刷电路板的另一示例的局部透视图,该竖直导电结构包括通到印刷电路板内的不同深度的若干盲结构以及在右侧上的贯通结构。

具体实施方式

在解释本文所详细公开的发明构思的至少一个实施例前,应当理解到,本发明构思在其应用上不限于在下面的描述中所阐述或在附图中示出的部件的布置及构造、或步骤、或方法的细节。本文所公开的发明构思能够具有其它实施例,或者能够以各种方式被实践或执行。而且,应当理解到,本文所采用的措辞和术语是为了描述的目的,并且不应被视为以任何方式限制本文所公开和要求保护的发明构思。

在以下对本发明构思的实施例的详细描述中,阐述了许多具体细节,以便对本发明的构思提供更全面的理解。然而,对于本领域的普通技术人员显而易见的是,可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的发明构思。在其它情况中,并未详细描述公知的特征,以避免不必要地复杂化本发明。

如本文所使用的,术语“包括”、“包括了”、“包含”、“包含了”、“具有”、“拥有”、及它们的任何变型旨在涵盖非排他性的包含。例如,包括一系列元素的工艺、方法、物品或装置不一定仅限于这些元素,而是可以包括未明确列出或固有地存在于其中的其它元素。

除非明确地另行说明,否则“或”是指包容性的或而非排他性的或。例如,条件a或b满足以下任一条件:a为真(或存在),并且b为假(或不存在)、a为假(或不存在)并且b为真(或存在)、以及a和b都为真(或存在)。

此外,使用“一”或“一个”来描述本文公开的实施例的元件和部件。这只是为了方便起见,并且是为了给出了本发明构思的一般意义。该描述应该被理解为包括一个或至少一个,并且除非明显另有含义,单数也包括复数。

如本文所使用的,如“大体上”、“约”、“大约”及它们的组合和变型的限定词旨在不仅包括它们限定的确切量或值,还包括可能由于例如制造公差、测量误差、磨损及损耗、施加在各种部件上的应力及它们的组合而相对于确切量或值的一些轻微偏差。

最后,如本文所使用的,对“一个实施例”或“实施例”的任何引用意味着结合实施例描述的特定元件、特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。位于说明书中各处的短语“在一个实施例中”的出现不一定全部指代同一实施例。

本文所使用的术语“导电材料”是指允许电流在一个或多个方向上流动的类型的材料。在诸如铜或铝的金属中,通过被称为电子的移动带电粒子的运动产生电流的流动。在其它类型的导电材料中,通过诸如电池的阳离子电解质的正电荷或者诸如燃料电池中的质子导体的移动质子的运动产生电流的流动。导电材料的示例包括铜、铝、金、银、碳、钯、镍、锌及它们的组合。

现在参考附图,并且具体参考图1,根据本发明构造的印刷电路板被在图1中示出并以一般参考标记10指示。印刷电路板10设置有基板12、多个接触焊盘14以及多个竖直导电结构16(为了清楚起见,在图1中通过参考标记16a、16b和16c指示竖直导电结构16)。竖直导电结构16a、16b和16c中的每个的结构和功能类似。因此,在本文中仅详细描述竖直导电结构16a。竖直导电结构16a设置有至少两个电绝缘的导电段18a和18b。虽然导电段18a和18b中的每个经由迹线20连接至隔开的接触焊盘14,但是导电段18a和导电段18b也可以直接连接至接触焊盘14。通过在导电段18a和导电段18b之间居中布置的非导电填充材料22使导电段18a和导电段18b电绝缘。如将在下面更详细地讨论的,导电段18a和导电段18b通常由已经通过形成至少两个间隔开的孔24和26(在本文中,它们也可被称为第一孔24和第二孔26)而被分开或切开的导电镀层形成。

基板12可以是能够用于支撑电气部件、导体等的任何材料或装置。在一个优选实施例中,基板12包括多层交错的导电路径(或迹线)和绝缘体。

接触焊盘14可以是能够提供到诸如集成电路的外部部件的电连接或接头的任何类型的材料或装置。例如,接触焊盘14可以是表面安装接触件、或球栅阵列接触件、或焊接掩模限定的共模接触件。取决于最优的布线和结合标准,接触焊盘14的形状可以呈圆形、椭圆形或多边形状的形式。

竖直导电结构(v.c.s.)16a例如可用于传递包括差模或共模类型的信号的各种类型的信号。示例性类型的信号包括模拟信号、数字信号、固定电压信号、或电源接地。在某些情况中,成对的导电段18可以一起用于传输差模或共模信号。在差分类型信号的情况中,利用传统技术的路径或并行传输两个信号将由于通路分隔信号而失真。在竖直导电结构16的情况中,信号/迹线保持靠近在一起,并具有信号的最小失真。通过相匹配的电介质填充材料,耦合效应可以模拟宽边耦合电路。这与内层和外层上的信号阻抗相结合,能够潜在地显著降低通路线头部分(viastub)干扰对电感和电容的影响。与通过孔式通路的传统单个信号相比,使用控制深度钻孔或盲通路结构在竖直导电结构的z方向上减少柱状部分将进一步减小竖直导电结构16a的干扰。于2004年9月17日提交的美国专利申请10/944,583号公开了用于在通路的z方向上减少线头部分的系统的示例,其全部内容通过引用并入本文。

用于通孔和埋孔的典型钻孔尺寸在0.35mm至0.2mm的范围内,并且印刷电路板制造领域中的当前趋势是降低钻孔尺寸,以在新一代部件中进一步适应更小的引脚间距。此外,由于日益增加的i/o数量,印刷电路板制造领域中的当前趋势是增加印刷电路板内的层数,这使得印刷电路板变得更厚。更厚的印刷电路板和更小的孔的组合使得传统印刷电路板制造技术的产率工艺更低。在本领域中,将pcb厚度与钻孔尺寸的比值称为纵横比。当使用大于12的纵横比时,传统印刷电路板制造工艺难以对通路进行镀覆。然而,如果将根据传统印刷电路板制造工艺构造的通孔通路的表面面积与竖直导电结构16的表面面积进行比较,则可发现a/r(按表面面积)的差异很大,这示出了竖直导电结构16的一个优点。

*由于vcs元件没有直径,因此按直径的a/r不能被计算以与通孔比较,因而采用表面面积作为比较。

在实践中,为了容纳更多的导电元件,竖直导电结构16可以比上表中列出的更长。这将产生使镀覆变得更加容易的更大的表面面积,更大的表面面积还使得镀覆系统更简化且产率更高,从而降低了总成本。

导电段18a和18b可以由适用于在具有或不具有外部接触焊盘时在内部迹线或导电路径与另一内部或外部导电路径或迹线之间提供电连接的任何类型的导电材料构造。通常,导电段18a和18b将由铜构造。然而,应当理解到,在形成导电段18a和18b时也可以使用其它材料和/或材料的合金和/或不同材料的组合。

迹线20由诸如金或铜的导电材料构造。

填充材料22是可选的,但是在空间成问题时由于填充材料22允许接触焊盘14被定位在导电段18a和导电段18b上方,填充材料22是有帮助的。在使用填充材料22时,其用作两个导电段18a和18b之间的电介质。可以通过改变将孔24和孔26连接的通道或狭槽的尺寸或者更改形成填充材料22的材料来调节两个导电段18a和18b之间的电介质。

填充材料22可以由相对于基板12制造工艺和材料具有化学相容性和热相容性的材料形成,并且期望与所使用的各种镀液相容。此外,填充材料22应当呈现足以填充小纵横比的镀覆通孔(或盲孔)的流动特性,并且具有在填充后以最小的体积变化转变、固化或转化成固体材料的能力。填充材料22的热膨胀应与基板12的其余部分相容。此外,填充材料22应当对导电段18呈现良好粘合性。

现在将参考图2a至图2i描述在基板12中精确地形成竖直导电结构16a、16b和16c的所遵循的顺序步骤。图2a示出诸如印刷电路板或柔性薄膜基板的绝缘体基板40。如图2a所示,在绝缘体基板40中相对于绝缘体基板40的上表面以期望的位置和期望的角度形成两个间隔布置的孔41和43。例如,孔41和43能够以大体上垂直于绝缘体基板40的上表面的角度形成。孔41和43包括直径d1,对于孔41和43中的每个,直径d1可以相同或不同。可以通过使用钻孔方法形成孔41和43,但是也可以使用诸如铣削、冲孔、激光钻孔、水切割、或光界定的任何传统方法。孔41和43的直径d1可以是与绝缘体基板40的其它设计要求相容的任何尺寸。在实施例中,孔41和43的直径d1可以在约0.05毫米和约0.5毫米之间的范围内。在一些实施例中,孔41和43的直径d1可以在约0.1毫米和约0.5毫米之间的范围内。取决于加工的精度,孔41和43之间的间隔可以相隔0.1毫米至0.5毫米或更小或更大。绝缘体基板40中的全部或大体上全部的开口或孔可以同时形成,而无论开口或孔是否最终形成为如下所述的竖直导电结构16。这避免了在隔开的孔形成工艺与随后形成的布线图案之间发生的特别是来自公差累积的未对准,该布线图案通过使用必须与竖直导电结构16对准的一个或多个掩模形成。由于印刷电路板的布线图案变得越来越细密,这个因素尤其重要。

此后,如图2b和图2c所示,通过在基板40中形成狭槽45移除孔41和43之间的材料的至少一部分。图2c是沿着图2b中的线2c-2c截取的局部剖面图。狭槽45可以具有小于两个间隔布置的孔41和43的直径d1的宽度w。然而,狭槽45的宽度w和两个间隔布置的孔41和43的直径d1可以相同。在实施例中,两个间隔布置的孔41和43的直径d1可以小于狭槽45的宽度w,并且可用作导向孔。狭槽45以例如使得侧壁46形成有狗骨头形形状的周边的方式与两个间隔布置的孔41和43相交。可以通过使用钻孔方法形成狭槽45,但是也可以使用诸如布线、铣削、冲孔、激光钻孔/切割/烧蚀、水切割、或光界定的任何传统方法。

此后,如图2d的剖面图和图2e的俯视平面图所示,添加导电种子层(未示出),随后添加由第一导电材料形成的导电层47,第一导电材料被沉积在基板40和侧壁46的表面上,以在被导电层47围绕的基板40中留有开口。在实施例中,第一导电材料是铜,并且可以沉积成在约2.54微米和约25微米之间的范围内的厚度、沉积成大于大约5微米的厚度、和沉积成大约15至25微米的厚度。对于贯通结构,该厚度可以在约20至25微米的范围内,而对于盲结构,该厚度例如可以为约15微米。侧壁46上的导电层47可以足够厚,以提供能够经受得住在随后的部件组装和使用期间印刷电路板所受到的热波动和侵蚀性处理的稳健机械结构。

在实施例中,使用电解镀覆工艺沉积导电层47。电解工艺可以遵循涉及直接金属化工艺或无电工艺的表面处理步骤。该表面处理步骤包括沉积使表面敏化并有助于导电层47与侧壁46的粘合的导电种子薄层。直接金属化包括在沉积导电层47前在基板表面和竖直导电结构侧壁46上沉积导电分子薄层(未示出)。导电层47也可以是钯或铂。该工艺避免了典型的催化沉积铜,从而使该装置更经济可行。

无电表面处理工艺包括在沉积导电层47前在基板40和侧壁46的表面上沉积可以是铜的导电种子薄层(未示出)至在约30微米和约200微米之间的范围内的厚度,并且在一个实施例中,沉积至在约70微米和约80微米之间的范围内的厚度。

在电解沉积前的表面处理由于导电层47的厚度随着侧壁46的深度增加而减小的自然趋势,会导致在侧壁46上的导电层47非线性分布。

随后,如图2f所示,第一孔24和第二孔26被形成在基板40中,每个孔24和26与侧壁46和导电层47交迭。每个孔24和26移除侧壁46上的导电层47的一部分,以使得孔24和26配合,从而形成与导电层47电绝缘的段18a和18b。第一孔24和第二孔26可以与孔41和孔43同心,但包括优选地大于孔41和孔43的直径d1的直径d2。在钻孔时,使用具有大于直径d1的直径d2的钻头允许在导电层47被移除时该钻头被基板40大体上均匀地支撑,从而有助于防止钻孔期间侧向偏移,并且无需在钻孔前用填充材料填充被导电层47围绕的空隙。

如图2g所示,在第一孔24和第二孔26被形成在基板40中后,填充材料22(由于空气用作电介质,因此填充材料22是可选的)可以被引入到由基板40以及电绝缘段18a和18b形成的腔室48中。填充材料22可以通过任何合适的工艺被引入到腔室48中。例如,填充材料22可以通过具有或不具有图案的涂刷器或模版或筛网被引入到腔室48中。还可以使用诸如辊、将填充材料22的加压供给引入到腔室48中的加压头、具有插入腔室48中的针的注射器、喷墨印制、或者能够用填充材料22填充腔室48的任何其它手段的将填充材料22引入到腔室48中的其它手段。填充材料22可以位于腔室48内,以便避免形成泡或凹坑。

如果填充材料22被引入到腔室48中并且填充材料22已经固化,则可以使用研磨剂、刷子或其它类型的平整装置来平坦化基板40,以使得填充材料22的外端大体上与导电层47的外表面共面。

随后,如图2h所示,一个或多个图案板60被设置在基板40的第一表面62和/或第二表面64上。当在固化的填充材料22的表面以及电绝缘段18a和18b上进行镀覆时,一个或多个图案板60包括第二导电层。当表面安装接触区域重叠到基板40具有固化的填充材料22以及电绝缘段18a和18b的区域中时,这将是必需的。一旦该区域被镀覆至最优厚度,使基板40通过利用“剥膜-蚀刻-剥膜”(ses)线的通常被称为剥膜-蚀刻-剥膜(sn通常用作抗蚀剂,但也可以使用其它材料)工艺的图像限定工艺。美国专利6,074,561号公开了“剥膜-蚀刻-剥膜”线的示例,其全部内容通过引用并入本文。如图2i所示,剥膜-蚀刻-剥膜工艺移除了一个或多个图案板60的多个部分、层47的多个部分、以及来自层压体/铜箔的基底铜。

随后,可以用焊接掩模、诸如enig(化学镀镍浸金)的表面加工等来加工基板40,从而制造印刷电路板10。焊接掩模可以是诸如光滑类型形式的任何合适的焊接掩模。

现在参考图3,根据本发明构造的印刷电路板的第二实施例在图3中被示出并且由一般参考标记10a指示。印刷电路板10a设置有基板12a、多个接触焊盘14a、以及多个竖直导电结构16(为了清楚起见,在图3中通过参考标记16d、16e和16f指示竖直导电结构16)。竖直导电结构16d、16e和16f中的每个的结构和功能类似。因此,在本文中仅详细描述竖直导电结构16d。竖直导电结构16d设置有至少两个电绝缘的导电段18c和18d。虽然导电段18c和18d中的每个经由迹线20a连接至隔开的接触焊盘14a,但是导电段18c和18d也可以直接连接至接触焊盘14a。通过在导电段18c和导电段18d之间居中布置的非导电填充材料22a(不导电)使导电段18c和18d电绝缘。如下面将更详细地讨论的,导电段18c和18d通常由已经通过形成至少一个孔24a而被分开或切开的导电镀层形成。

基板12a可以是能够用于支撑电气部件、导体等的任何材料或装置。在一个优选实施例中,基板12a包括多层交错的导电路径(或迹线)和绝缘体。

接触焊盘14a可以是能够提供与诸如集成电路的外部部件的电连接或接头的任何类型的材料或装置。例如,接触焊盘14a可以是表面安装接触件、或球栅阵列接触件、或焊接掩模限定的共模接触件。取决于最优的布线和结合标准,接触焊盘14a的形状可以呈圆形、椭圆形或多边形状的形式。

竖直导电结构(v.c.s.)16d可用于传递差模或共模类型的信号,其中,导电段18c和导电段18d中的每个可以耦接至差模或共模信号的不同部分。在差分类型信号的情况中,利用传统技术的路径或并行传输两个信号将由于通路分隔信号而失真。下表示出了竖直导电结构16d的按表面面积的纵横比的示例性值。

*由于vcs元件没有直径,因此按直径的a/r不能被计算以与通孔比较,因而采用表面面积作为比较。

在实践中,为了容纳更多的导电元件,竖直导电结构16d可以比上表中列出的更长。这将产生使镀覆更加容易的更大的表面面积,更大的表面面积还使得镀覆系统更简化且产率更高,从而降低了总成本。

导电段18c和18d可以由适用于在具有或不具有外部接触焊盘时在内部迹线或导电路径与另一内部或外部导电路径或迹线之间提供电连接的任何类型的导电材料构造。通常,导电段18c和18d将由铜构造。然而,应当理解到,在形成导电段18c和18d时也可以使用其它材料和/或材料的合金和/或不同材料的组合。

迹线20a由诸如金或铜的导电材料构造。可以使用任何导电材料,只要该导电材料包括对于迹线20a的特定应用适当低的电阻并且可结构化以形成迹线20a。此外,迹线20a可以由导电材料的组合构造。例如,金可以被施加至诸如铜的下覆材料,并且用作保护层,从而保护下覆材料免受腐蚀。

填充材料22a用作两个导电段18c和18d之间的电介质。可以通过改变孔24a的尺寸或更改形成填充材料22a的材料来调节两个导电段18c和18d之间的电介质。

填充材料22a是可选的,其可以由相对于基板12a制造工艺和材料具有化学相容性和热相容性的材料形成,并且期望与所使用的各种镀液相容。此外,填充材料22a应当呈现足以填充小纵横比的镀覆通孔(或盲孔)的流动特性,并且具有在填充后以最小的体积变化转变、固化或转化成固体材料的能力。填充材料22a的热膨胀应与基板12a的其余部分相容。此外,填充材料22a应当对导电段18c和18d呈现良好的粘合性。

下面将描述用于制造印刷电路板10a的两个示例性方法。

示例1

现在将参考图4a至图4i描述在基板12a(图3所示)中精确地形成竖直导电结构16d、16e和16f的所遵循的顺序步骤的一个示例。图4a示出诸如印刷电路板或柔性薄膜基板的绝缘体基板40a。如图4a所示,在绝缘体基板40a中相对于绝缘体基板40a的上表面以期望的位置和期望的角度形成至少一个孔41a。例如,孔41a能够以大体上垂直于绝缘体基板40a的上表面的角度形成。孔41a包括直径d3。可以通过使用钻孔方法形成孔41a,但是也可以使用诸如铣削、冲孔、激光钻孔、水切割、或光界定的任何传统方法。孔41a的直径d3可以是与绝缘体基板40a的其它设计要求相容的任何尺寸。在实施例中,孔41a的直径d3可以在约0.1毫米和约0.5毫米之间的范围内。绝缘体基板40a中的全部或大体上全部的开口或孔可以被同时形成,而无论开口或孔是否最终形成为如下所述的竖直导电结构16d。这避免了在隔开的孔形成工艺与随后形成的布线图案之间发生的特别是来自公差累积的未对准,该布线图案通过使用必须与竖直导电结构16d对准的一个或多个掩模形成。由于印刷电路板的布线图案变得越来越细密,这个因素尤其重要。

此后,如图4b和图4c所示,在基板40a中形成狭槽45a,使孔41a被用于将钻头移动到基板40a中,优选地不接触基板40a。随后,该钻头可以在侧向方向上往复运动,以移除孔41a的界限外侧的材料,从而形成狭槽45a。狭槽45a具有小于孔41a的直径d3的宽度w3。狭槽45a以使得侧壁46a形成有周边的方式与孔41a相交。可以通过使用如在本文中描述的具有钻头的布线方法形成狭槽45a,但是也可以使用诸如铣削、冲孔、激光钻孔/切割/烧蚀、水切割、或光界定的任何传统方法。

此后,如图4d所示,添加导电种子层(未示出),随后添加由第一导电材料形成的导电层47a,第一导电材料被沉积在基板40a和侧壁46a的表面上,以在被导电层47a围绕的基板40a中留有开口。在实施例中,第一导电材料是铜,并且可以沉积成在约2.54微米和约25微米之间的范围内的厚度、沉积成15微米和25微米之间的厚度,或者沉积成大约15微米的厚度。侧壁46a上的导电层47a可以足够厚,以提供能够经受得住在随后的部件组装和使用期间印刷电路板所受到的热波动和侵蚀性处理的稳健机械结构。对于贯通结构,厚度可以在约20微米至25微米的范围内,而对于盲结构,厚度例如可以为约15微米。

在实施例中,使用电解镀覆工艺沉积导电层47a。电解工艺可以遵循涉及直接金属化工艺或无电工艺的表面处理步骤。该表面处理步骤包括沉积使表面敏化并有助于导电层47a与侧壁46a的粘合的导电种子薄层。直接金属化包括在沉积导电层47a前在基板表面和竖直导电结构侧壁46a上沉积导电分子薄层(未示出)。导电层47a也可以是钯或铂。该工艺避免了典型的催化沉积铜,从而使该装置更经济可行。

无电表面处理工艺包括在沉积导电层47a前在基板40a和侧壁46a的表面上沉积可以是铜的导电种子薄层(未示出)至在约3微米和约20微米之间的范围内的厚度,并且在一个实施例中,沉积至在约70微米和约80微米之间的范围内的厚度。

在电解沉积前的表面处理由于导电层47a的厚度随着侧壁46a的深度增加而减小的自然趋势,会导致在侧壁46a上的导电层47a非线性分布。

随后,如图4e所示,孔24a被形成在基板40a中,孔24a与孔41a同心并且也与侧壁46a和导电层47a交迭。孔24a移除侧壁46a上的导电层47a的一部分,以使得孔24a形成与导电层47a电绝缘的段18c和18d。孔24a可以包括优选地大于孔41a的直径d3的直径d4。在钻孔时,使用具有大于直径d3的直径d4的钻头允许在导电层47a被移除时该钻头被基板40a大体上均匀地支撑,从而有助于防止钻头在钻孔期间侧向偏移,并且无需在钻孔前用填充材料填充被导电层47a围绕的空隙。

如图4f所示,在孔24a被形成在基板40a中后,填充材料22a可以被引入到由基板40a以及电绝缘段18c和18d形成的腔室48a中。填充材料22a可以通过任何合适的工艺被引入腔室到48a中。例如,填充材料22a可以通过具有或不具有图案的涂刷器或模版或筛网被引入到腔室48a中。还可以使用诸如辊、将填充材料22a的加压供给引入到腔室48a中的加压头、具有插入腔室48a中的针的注射器、喷墨印制、或者能够用填充材料22a填充腔室48a的任何其它手段的将填充材料22a引入到腔室48a中的其它手段。填充材料22a可以位于腔室48a内,以便避免形成泡或凹坑。

一旦填充材料22a被引入到腔室48a中并且填充材料22a已经固化,则可以使用研磨剂、刷子或其它类型的平整装置来平坦化基板40a,以使得填充材料22a的外端大体上与导电层47a的外表面共面。

随后,如图4g和图4h所示,一个或多个图案板60a被设置在基板40a的第一表面62a或第二表面64a上。当在固化的填充材料22a的表面以及电绝缘段18c和18d上进行镀覆时,一个或多个图案板(图案板可以作为面板或两者的组合来实现,这适用于所有镀覆工艺)60a包括第二导电层。当表面安装接触区域重叠到基板40a具有固化的填充材料22a以及电绝缘段18c和18d的区域中时,这将是必需的。一旦该区域被镀覆至最优厚度,使基板40a通过利用“剥膜-蚀刻-剥膜”(ses)线的通常被称为剥膜-蚀刻-剥膜(sn通常用作抗蚀剂,但也可以使用其它材料)工艺的图像限定工艺。美国专利6,074,561号公开了“剥膜-蚀刻-剥膜”线的示例,其全部内容通过引用并入本文。如图4i所示,剥膜-蚀刻-剥膜工艺移除了一个或多个图案板60a的多个部分、层47a的多个部分、以及来自层压体/铜箔的基底铜。

随后,可以用焊接掩模、诸如enig的表面加工等来加工基板40a,从而制造印刷电路板10a。焊接掩模可以是诸如光滑类型形式的任何合适的焊接掩模。

示例2

现在将参考图5a至图5i描述在基板12a中精确地形成竖直导电结构16d、16e和16f的所遵循的顺序步骤的另一示例。图5a示出了诸如印刷电路板或柔性薄膜基板的绝缘体基板40b。如图5a和图5b所示,在绝缘体基板40b中相对于绝缘体基板40b的上表面以期望的位置和期望的角度形成至少一个狭槽45b。例如,狭槽45b能够以大体上垂直于绝缘体基板40b的上表面的角度形成。狭槽45b以使得侧壁46b形成有周边的形式被形成在基板40b中。狭槽45b包括长度l5和宽度w5。可以通过使用铣削方法形成狭槽45b,但是也可以使用诸如铣削、冲孔、激光钻孔、水切割、或光界定的任何传统方法。狭槽45b的长度l5和宽度w5可以是与绝缘体基板40b的其它设计要求相容的任何尺寸。绝缘体基板40b中的全部或大体上全部的开口或孔可以同时形成,而无论开口或孔是否最终形成为如下所述的竖直导电结构16d、16e和16f。这避免了在隔开的孔形成工艺与随后形成的布线图案之间发生的特别是来自公差累积的未对准,该布线图案通过使用必须与竖直导电结构16对准的一个或多个掩模形成。由于印刷电路板的布线图案变得越来越细密,这个因素尤其重要。

此后,如图5c所示,添加导电种子层(未示出),随后添加由第一导电材料形成的导电层47b,第一导电材料被沉积在基板40b和侧壁46b的表面上,以在被导电层47b围绕的基板40b中留有开口。在实施例中,第一导电材料是铜,并且可以沉积成在约2.54微米至约25微米之间的范围内的厚度、或者沉积成在大约5微米至大约25微米的范围内的厚度、或者沉积成大约15微米的厚度。侧壁46b上的导电层47b可以足够厚,以提供能够经受得住在随后的部件组装和使用期间印刷电路板所受到的热波动和侵蚀性处理的稳健机械结构。如上所述,对于贯通结构,厚度可以在约20微米至25微米的范围内,而对于盲结构,厚度例如可以为约15微米。

在实施例中,使用电解镀覆工艺沉积导电层47b。电解工艺可以遵循涉及直接金属化工艺或无电工艺的表面处理步骤。该表面处理步骤包括沉积使表面敏化并有助于导电层47b与侧壁46b的粘合的导电种子薄层。直接金属化包括在沉积导电层47b前在基板表面和竖直导电结构侧壁46b上沉积导电分子薄层(未示出)。导电层47b也可以是钯或铂。该工艺避免了典型的催化沉积铜,从而使该装置更经济可行。

无电表面处理工艺包括在沉积导电层47b前在基板40b和侧壁46b的表面上沉积可以是铜的导电种子薄层(未示出)至在约30微米和约200微米之间的范围内的厚度,并且在一个实施例中,沉积至在约70微米和约80微米之间的范围内的厚度。

在电解沉积前的表面处理使得侧壁46b上的导电层47b高度线性分布。

随后,如图5d所示,孔24a被形成在基板40b中,孔24a与侧壁46b和导电层47b交迭。孔24a移除侧壁46b上的导电层47b的一部分,以使得孔24a形成与导电层47b电绝缘的段18c和18d。孔24a可以包括优选地大于狭槽45b的宽度w5的直径d6。在钻孔时,使用具有大于直径w5的直径d6的钻头允许在导电层47b被移除时该钻头被基板40b大体上均匀地支撑,以帮助防止钻头在钻孔期间侧向偏移,并且无需在钻孔前用填充材料填充被导电层47b围绕的空隙。

如图5e所示,在孔24a被形成在基板40b中之后,填充材料22b可以被引入到由基板40b以及电绝缘段18c和18d形成的腔室48b中。填充材料22b可以通过任何合适的工艺被引入腔室到48b中。例如,填充材料22b可以通过具有或不具有图案的涂刷器或模版或筛网被引入到腔室48b中。还可以使用诸如辊、将填充材料22b的加压供给引入到腔室48b中的加压头、具有插入腔室48b中的针的注射器、喷墨印制、或者能够用填充材料22b填充腔室48b的任何其它手段的将填充材料22b引入到腔室48b中的其它手段。填充材料22b可以位于腔室48b内,以便避免形成泡或凹坑。

一旦填充材料22b被引入到腔室48b中并且填充材料22b已经固化,则可以使用研磨剂、刷子或其它类型的平整装置来平坦化基板40b,以使得填充材料22b的外端大体上与导电层47b的外表面共面。

随后,如图5f和图5g所示,一个或多个图案板60b被设置在基板40b的第一表面62b或第二表面64b上。当在固化的填充材料22b的表面以及电绝缘段18c和18d上进行镀覆时,一个或多个图案板60b包括第二导电层。当表面安装接触区域重叠到基板40b具有固化的填充材料22b以及电绝缘段18c和18d的区域中时,这将是必需的。一旦该区域被镀覆至最优厚度,使基板40b通过利用“剥膜-蚀刻-剥膜”(ses)线的剥膜-蚀刻-剥膜(sn通常用作抗蚀剂,但也可以使用其它材料)工艺。美国专利6,074,561号公开了“剥膜-蚀刻-剥膜”线的示例,其全部内容通过引用并入本文。如图5h所示,剥膜-蚀刻-剥膜工艺移除了一个或多个图案板60b的多个部分、和层47b的多个部分。如图5g中的虚线所示,竖直导电结构42b的位于侧壁46b上的导电层47b和由导电层47b形成的边缘66b限定竖直导电结构42b的周边。

随后,可以用焊接掩模、诸如enig的表面加工等来加工基板40b,从而制造印刷电路板10a。焊接掩模可以是诸如光滑类型形式的任何合适的焊接掩模。

图6至图16示出了具有竖直导电结构16以及与竖直导电结构的导电段18中的选定多个段互连的迹线20的基板12的各种示例。图6至图16是基板12的示例的局部透视图,它们并不意图示出同一示例的多个视图。图6至图16被编号,以大体上示出元件位于图中何处,但是图6至图16中的相同的附图标记,例如16a,并不意图示出完全相同的元件。

图6是示出垂直延伸穿过示例性的多层基板12的多个层的多个vcs16a-h的局部透视图,并且vcs16a-h的电绝缘导电段在三个不同的层被连接至迹线20(为了清楚起见,并非所有的迹线都被编号)。本领域技术人员将理解到,本文公开的用于形成多个vcs16a-h的技术在bga类型部件下形成更多的布线空间以及用于将用来传输电力和接地信号的迹线20被直接定位在bga类型部件下面的更多的空间。

图7是示例性的多层基板12的局部透视图,其中,迹线20从vcs16a-f延伸穿过基板12的内层。

图8是基板12的局部透视图,其示出了具有多个vcs16a-f的球栅阵列,该多个vcs16a-f具有连接至迹线20并延伸穿过多个层的电绝缘导电段。图8的球栅阵列可以是0.5mm球栅阵列。

图9是基板12的局部透视图,其示出了被示出为在六个竖直导电结构16a-f的填充材料22上的球栅阵列,内部迹线和多个层被省略。图9的球栅阵列可以是0.5mm的球栅阵列。

图10是基板12的局部透视图,其示出了从多个vcs16a-h延伸的迹线20。

图11是基板12的局部透视图,其示出了在多个层从vcs16a-f延伸的迹线20。

图12是基板12的局部透视图,迹线20在基板12的多层从vcs16a-f延伸。

图13是基板12的另一局部透视图,迹线被电连接并在多个层从vcs16a-d延伸。

图14是具有0.7mm球栅阵列的基板12的另一局部透视图,0.7mm球栅阵列被示出为位于多个vcs16a-h上,迹线未被示出。

图15是示出了vcs16a-f的具有球栅阵列的基板12的另一局部透视图,其示出了连接至迹线20并且从vcs16a-f延伸的电绝缘导电段。图15的球栅阵列可以是0.7mm球栅阵列。

图16是基板12的另一局部透视图,其示出了在基板12的多个层从多个vcs16a-k延伸的迹线20。

尽管本文已经将竖直导电结构16a-f示出并描述为贯通结构,但是应当理解到,竖直导电结构16也可以形成为盲结构、埋入结构及它们的组合。例如,图17示出了根据本发明的具有安装至一个或多个竖直导电结构110的bga类型的部件102的电路板100的剖视图解。电路板100包括被编号为112a、112b、112c、112d、112e、112f、112g和112h的八个层112。

一个或多个竖直导电结构110可以被构造为类似于上述的竖直导电结构16,不同的是当在基板12中形成狭槽时,狭槽被形成有延伸穿过基板12的第一数目的层的第一狭槽区域、以及延伸穿过基板12的第二数目的层的第二狭槽区域,并且第一数目的层与第二数目的层不同。在某些情况中,基板具有n层,在本示例中为8层,并且第一数目的层可以等于n层。在这种情况中,第一区域将延伸穿过整个基板12。

例如,如图所示,竖直导电结构110可以包括七个区域120、122、124、126、128、130和132。区域120、122、124、126、128、130和132中的每个具有延伸至电路板100内的预选深度的一个或多个导电段116(为了清楚起见,仅对少数几个进行编号),该预选深度可以与一个或多个导电段116在其它区域120、122、124、126、128、130和132中延伸至的深度相同或不同。例如,区域120包括延伸(穿过层112a和112b)至与区域132中的五个导电段116同一深度的五个导电段116,即,该五个导电段116通过电路板100的两个层,并且具有与传统盲孔相同的功能。此外,区域122中的导电段116仅延伸穿过电路板100的单层,并且具有与盲孔相同的功能。区域126中的导电段116延伸贯穿电路板100,并且具有与传统贯通通路相同的功能。此外,在形成导电段116前,形成贯穿电路板100的狭槽增强了流体流入狭槽的能力,从而有助于形成上文参考图2d、图4d和图5e所述的导电层47、47a和47b。电路板100能够以上述方式被形成,以便使用控制深度铣削(即,在不同深度铣削)加工电路板10来形成腔室,随后对腔室进行镀覆,而后使腔室经受分隔钻孔、铣削或其它操作,以移除导电层的预选部分,从而形成导电段116,并且移除狭槽的底部的任何导电材料或抗蚀剂,以使导电段116电绝缘。

图18和图19示出了根据本发明构造的具有竖直导电结构136a(图18)和136b(图19)的多层电路板的基板134的其它实施例。竖直导电结构136a和136b包括在侧壁139a和139b上延伸的多个迹线138a-1、138a-2、138b-1和138b-2。如图所示,迹线138a-1和138a-2具有在侧壁139a上竖直延伸的两个第一部分140a-1和140a-2、以及在侧壁139a上水平延伸的第二部分141a-1和141a-2。迹线138b-1和138b-2以彼此不平行的方式在侧壁139b上延伸,并且相对于基板134的上表面142也呈非90度的角度。迹线138a-1、138a-2、138b-1和138b-2的构造被以举例的方式示出,但是应当理解到,迹线138a-1、138a-2、138b-1和138b-2可以具有包括与在基板134内部或外部的迹线(未示出)连接的线性部分、弧形部分、以及线性部分和弧形部分的组合的各种形状。竖直导电结构136a(图18)和136b(图19)被示出为通孔构造,但是竖直导电结构136a(图18)和136b(图19)也可以被构造为盲构型。

图20和图21示出的是用于形成迹线138a-1、138a-2、138b-1和138b-2的示例性方法。如上所述,可以通过在基板134内形成狭槽143a并随后将导电材料143b的镀层施加至狭槽143a的侧壁139a和139b上来形成竖直导电结构136a和136b。如上所述,导电材料143b例如可以是金或铜。随后,将具有轴杆145a和切割端145b的铣刀144布置到狭槽143a中。切割端145b向外延伸超出轴145a的周边,使得切割端145b能够接合并切割导电材料143b的预定部分,以移除导电材料143b的不期望部分,从而形成迹线138a-1、138a-2、138b-1和138b-2。切割端145b可以具有诸如所示的球形的任何合适的形状。铣刀144可以被连接至计算机化引导系统(未示出),计算机化引导系统具有马达、机械结构和引导器,用于在例如沿着x轴、y轴和z轴的至少三个不同方向上旋转、支撑和移动铣刀144,以将切割端145b与导电材料143b接合,以便移除导电材料143b的不期望部分。在该示例中,狭槽143a具有纵向轴线147a以及垂直于纵向轴线147a延伸的侧向轴线147b。纵向轴线147a可以与计算机化引导系统的y轴对齐,侧向轴线147b可与计算机化引导系统的x轴对齐,并且计算机化引导系统的z轴可以垂直于上表面142。在另一实施例中,可以使用成像工艺移除竖直导电结构136a和136b的预定部分,以形成迹线138a-1、138a-2、138b-1和138b-2。在该实施例中,竖直导电结构136a和136b镀覆有正型或负型光刻胶(光致抗蚀剂)材料。此后,将光刻胶材料的预定部分曝光,并且随后使用蚀刻工艺移除竖直导电结构136a和136b的不期望部分,以形成迹线138a-1、138a-2、138b-1和138b-2。可以通过使用连接至光纤端头(未示出)并通过光纤端头发射光的激光使光刻胶材料的预定部分曝光。光纤端头可以被连接至计算机化引导系统,计算机化引导系统具有马达、机械结构和引导器,用于在例如沿着x轴、y轴和z轴的至少三个不同方向上旋转、支撑和移动光纤端头,以将由光纤端头发射的光瞄准到光刻胶材料的期望和/或不期望的部分上,以便允许随后的蚀刻工艺,从而移除导电材料143b的不期望部分。在形成迹线138a-1、138a-2、138b-1和138b-2后,可以对狭槽143a进行填充和遮盖。

图22是根据本发明构造的具有竖直导电结构150的基板148的另一示例的剖面图,其中,竖直导电结构150被构造成具有底部152的盲构型。底部152由电介质材料构造,以便使竖直导电结构150的第一导电段154与第二导电段156电绝缘。竖直导电结构150能够以类似于构造如上所述竖直导电结构16的方式被构造,并通过进一步的工艺步骤来避免用导电材料镀覆底部152或者从底部152完全移除导电材料。可以通过成像工艺使用光纤端头从底部152移除导电材料,其中,光刻胶被施加至底部152上的导电材料,使用诸如通过光纤端头发射光的激光器的任何合适的光源和蚀刻工艺使光刻胶曝光。竖直导电结构150还包括支撑第一导电段154和第二导电段156的侧壁158。

图23是图22所示的基板148和竖直导电结构150的剖面图,竖直导电结构150内具有填充材料160,印刷电路板材料的一个或多个层162遮盖竖直导电结构150,使得图23的竖直导电结构150成埋入构型。

图24是根据本发明构造的具有竖直导电结构184的基板183的另一示例的俯视平面图,其中,竖直导电结构184被构造成具有底部185和侧壁186的盲构型,侧壁186被部分地涂覆有导电材料,以形成第一导电段192、第二导电段194、第三导电段200以及第四导电段202。在该示例中,侧壁186被成形为曲棍形的形式,然而应当理解到,侧壁186可以也被形成为包括如上所述的细长线性狭槽、十字形、弯曲、弧形或圆环形状的许多形状。

图25a至图25e是根据上述实施例构造的印刷电路板300的另一示例的局部透视图,其中,印刷电路板300具有竖直导电结构302,竖直导电结构302包括具有导电段306、308、310、312、314、316和318的若干个盲结构,导电段306、308和314在印刷电路板300内通到与导电段310、312、316和318不同的深度。竖直导电结构302还包括具有导电段319的贯通结构。如上所述,导电段306、308、310、312、314、316和318可以由诸如铜、银或金的任何合适的导电材料构造。印刷电路板300包括第一侧330、以及与第一侧330相反的第二侧332。印刷电路板300还包括在第一侧330和第二侧332之间延伸的多个迹线340a、340b、340c、340d、340e、340f、340g、340h、340i和340j。迹线340a、340b、340c、340d、340e、340f、340g、340h、340i和340j可以由如上所述的诸如铜、银或金的任何合适的导电材料制成。导电段308被电连接至迹线340a,导电段310被电连接至迹线340b,且导电段312被电连接至迹线340c。迹线340d-340i与导电段306、308、310、312、314、316和319电绝缘。

导电段306、308、310、312、314、316与第一侧330相交并从第一侧330延伸,并且在与第二侧332相交前终止。导电段319与第一侧330及第二侧332都相交并且在第一侧330和第二侧332之间延伸。可选地,填充材料可以位于相邻成对的导电段306、308、310、312、314、316和319之间,以提供用于接触焊盘的结构支撑,并且有助于使导电段306、308、310、312、314、316和319电绝缘。

应当进一步理解到,虽然本文所讨论的竖直导电结构被示出为线性或直线构造,但是其也可以是弯曲的、弧形的、或支持本设计的任何其它形状。

从前面的描述可以理解到,在不脱离本发明的真实精神的情况下,可以对本发明的优选和替代实施例做出各种修改和改变。例如,本发明的实施例可以与高密度互连(hdi)技术相结合。由于标准pcb技术已知了竖直导电结构被形成为通孔、盲孔和/或埋孔的许多不同的结构,则竖直导电结构16、110、136a、136b、150、162和184也能够如此。因此,本文所描述的工艺可以与包括但不限于将无源部件和/或有源部件嵌入到pcb中的已知的pcb技术、以及多个顺序/高密度互连积层结构结合使用。可以将使用通孔或任何埋孔和盲孔/微孔的任何顺序或高密度互连结构变成使用竖直导电结构16、110、136a、136b、150和184的结构。此外,本文所描述的用于形成竖直导电结构16、110、136a、136b、150和184的工艺可用于构造和/或制造诸如单芯片模块、多芯片模块以及包括背平面和中间平面的印刷电路板中的至少一种的装置。

从上面的描述中可以清楚地得出,本文所公开和要求保护的发明构思很好地适用于实现本文所提及目的并获得本文所提及和本发明中固有的优点。虽然已经为了本公开的目的而描述了本发明构思的示例性实施例,但是应当理解到,在所公开的发明构思的精神内和/或如所附权利要求中所限定,可以进行本领域技术人员容易想到的许多改变。

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